电工仪表与测量教案Word下载.docx

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19世纪20年代　　电流对磁针有力的作用　　检流计、电桥等

1895年　　　第一台感应系电能表

20世纪40－60年代　　　　仪表的精度越来越高

1952年　　第一只电子管数字电压表问世　60年代　晶体管数字电压表

70年代　　中、小规模数字式电压表　　近年来　大规模数字电压表

三．学习本课程的方法及要求

1．按测量机构（或数字式电压基本表）－→测量线路－→测量仪表的基本思路学习。

2．注意理论教学、直观教学和生产实习的密切结合。

课堂小结

电工仪表的内容及重要性、发展概况、学习方法。

第一章　电工仪表与测量的基本知识

§

1－1　常用电工仪表的分类、型号和标志

了解常用电工仪表的分类、型号和标志。

常用电工仪表的分类、标志。

常用电工仪表的标志。

电压表　电流表　电度表等

级班任课教师

科目200年月日（星期）第（）节

复习旧课

第一章内主要学习电工仪表及测量的基本知识。

1．电工测量：

将被测的电量、磁量或者电参数与同类标准量进行比较，从而确定出被测量的大小的过程。

2．本章的主要内容：

常用电工仪表的分类、及基本组成、常用的电工测量方法、测量误差及消除方法、电工仪表的主要技术要求等。

一．常用电工仪表的分类

1．指示仪表

（1）按工作原理分类　磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系等。

（2）按使用方法分类　安装式、便携式。

（3）按被测量的名称分类　电流表、电压表、功率表、电能表、频率表、相位表、万用表等。

（4）按准确度等级分类　0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七级。

（5）按使用条件分类　A组　环境0－400C　　B组　－200C－500C

C组　－400C－600C

（6）按被测电流种类分类　直流仪表、交流仪表、交直流两用仪表三类。

2．比较仪表

又分为直流比较仪表和交流比较仪表。

3．数字仪表

采用数字技术，以数码形式直接显示被测量的大小。

二．电工指示仪表的型号

1．安装式指示仪表的型号　P4

2．便携式指示仪表的型号　除了没有形状代号外，其余的与安装式仪表相同。

3．电能表的型号　DD表示单相电能表、DS表示三相有功电能表、DT表示三相四线制电能表、DX表示无功电能表等。

三．电工仪表的标志

详细参照表1－1进行讲解。

电工仪表的分类、型号、标志。

课堂练习

习题册的相关内容。

课外作业

1-2电工仪表的误差和准确度

1．掌握电工指示仪表误差的分类及误差的三种表示方法。

2．掌握电工指示仪表准确度的表示方法。

仪表的相对误差仪表的引用误差仪表的准确度

引用误差准确度

电流表电压表等

电工仪表有测量时总有误差，因此就存在着误差处理和准确度的问题。

一．仪表的误差及分类

误差：

仪表的测量结果与被测量的真实值之间的差值。

准确度：

仪表的测量结果与实际值之间的接近程度。

显然，仪表的准确度越高同，误差越小。

根据误差产生的原因，仪表的误差分两类：

1．基本误差：

仪表在正常工作条件下的误差，主要由仪表的结构、工艺等方面不完善而产生。

2．附加误差：

仪表偏离了规定的工作条件而产生的误差。

二．误差的表示方法

1．绝对误差Δ：

仪表的指示值AX与被测量的实际值A0之间的差值。

Δ=AX—A0

可见，绝对误差是有正负之分的。

2．相对误差γ：

绝对误差Δ与被测量实际值A0比值的百分数。

γ=Δ/A0×

100%

显然，绝对误差只能反映测量值与实际值的相差大小，而相对误差则能反映测量结果的准确程度。

3．引用误差γm：

绝对误差Δ与仪表的最大量程Am比值的百分数。

引用误差可以反映仪表的准确程度。

三．仪表的准确度±

K

工程上以仪表的最大引用误差来表示仪表的准确度。

±

K%=Δm/Am×

我国生产的电工仪表准确度共分为七级：

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。

例题分析例1-3、例1-4P8（略写）

例题分析说明，为保证测量结果的准确性，不仅要考虑仪表的准确度，还要选择合适的量程，通常测量时要使仪表指针处在满刻度的后三分之一段。

电工仪表的的误差分类、绝对误差、相对误差、引用误差、准确度。

习题册相关内容。

1-4电工指示仪表的主要技术要求

了解电工指示仪表的主要技术要求

无重点

无难点

无

电工仪表的误差和准确度。

电工仪表的性能好坏有一些特定的技术指标来衡量。

电工指示仪表的技术要求有：

一．要有足够的准确度

二．要有合适的灵敏度

灵敏度：

电工指示仪表中，仪表的可动部分偏转角的变化量与被测量的变化量

之比值。

S=Δα/Δx

对于刻度均匀的仪表，S为一个常数。

仪表常数C：

灵敏度的倒数叫做仪表常数。

C=1/S

三．要有良好的读数装置和阻尼装置

四．变差要小

变差：

仪表在反复测量同一被测量时，由于摩擦等原因造成的两次读数不同，它们的差值叫做变差。

变差一般不应超过仪表基本误差的绝对值。

五．本身消耗功率要小

六．要有足够的绝缘强度和过载能力

对电工仪表的主要技术要求。

1-5常用电工测量方法

了解常用的电工测量方法

比较测量法的理解

对电工仪表的技术要求。

本节介绍主要的电工测量方法及其特点。

常用的电工方法主要有以下三种：

一．直接测量法

凡是用直接指示仪表读取被测量的数值，而无需度量器直接参与的测量方法。

如用万用表测电阻，用电流表测电流等。

优点方法简便，读数迅速。

缺点仪表接入电路中会改变电路的工作状态，准确度较低。

二．比较测量法

凡是在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比较仪表来确定被值的方法叫做比较法。

1．零值法测量过程中通过改变标准量，使其与被测量相等，从而确定被测量的方法。

如用电桥测电阻。

2．差值法利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量的方法。

如用不平衡电桥测电阻。

3．代替法用已知的标准量代替被测量，若能维持仪表的读数不变，则被测量必然等于已知量。

如曹冲称大象。

比较法的优点准确度高。

比较法的缺点设备复杂，操作麻烦。

三．间接测量法

测量时先测出与被测量有关的电量，然后通过计算求得被测值的方法。

如用伏安法测电阻，通过三极管的发射极电压求放大器静态工作点的IC的方法。

缺点误差较大。

优点在一些特殊场合应用方便。

直接测量法、比较测量法、间接测量法。

1-3测量误差及消除方法

了解测量误差的类型和产生原因，并懂得相应的消除方法。

系统误差及其消除方法。

测量过程中总会产生误差，本节介绍测量误差的分类及消除方法。

根据测量误差的产生原因，测量误差可以分为三种：

一．系统误差

系统误差是指在相同的条件下，多次测量同一量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件变化时遵循一定规律变化的误差。

1．产生系统误差的原因

（1）仪表的误差包括基本误差和附加误差。

（2）测量方法误差指方法不完善而带来的误差。

2．系统误差的消除

（1）校正仪表的基本误差，尽量满足仪表要求的工作的条件。

（2）采用合理的测量方法。

（3）采用特殊的消除方法。

如：

1）正负误差补偿法多次测量取平均值。

2）替代法

3）引入校正值

二．偶然误差

是指一种大小和符号都不固定的误差。

1．产生偶然误差的原因主要由外界环境的偶然变化引起。

2．偶然误差的消除多次测量取平均值的方法可以消除偶然误差。

三．疏失误差

是一种严重歪曲测量结果的误差。

1．产生羽失误差的原因操作者的粗心和疏忽造成，如读错数、记录错误、算错数据等。

2．疏失误差的消除

含有疏失误差的结果应抛弃不用，消除疏失误差的方法是加强操作者的工作责任心，倡导认真负责的工作态度。

系统误差、偶然误差、疏失误差及其消除。

1-6电工指示仪表的组成

1．掌握电工指示仪表的组成。

2．理解电工指示仪表的测量机构的主要装置及它们的作用。

1．电工指示仪表的组成。

2．电工指示仪表的测量机构的主要装置。

测量机构的主要装置。

磁电系万用表演示表

本节介绍电工指示仪表的组成部分和各部分的主要作用。

一．电工指示仪表的组成

1．测量机构

作用将被测量（或过渡量）转换成为仪表可动部分的偏转角。

测量机构是电工指示仪表的核心。

2．测量线路

把各种不同的被测量转换成能被测量机构所接受的过渡电量。

常由电阻、电容、电感等组成。

二．测量机构的主要装置

1．转动力矩装置M转动力矩的大小被测量、指针偏转角成某种函数关系。

它是使仪表的可动部分转动的力矩。

2．反作用力矩Mf与转动力矩相平衡的力矩。

仪表的指针平衡时，有M=Mf

主要的反作用力矩有张丝、游丝等。

也有用电磁感应装置来产生反作用力矩的。

3．阻尼力矩装置MZ

缩短可动部分的的摆动时间以利于尽快读数的装置。

主要的阻尼装置空气阻尼装置、电磁感应装置。

特点

（1）阻尼力矩只在仪表的可动部分运动时才能产生。

（2）MZ大小与速度成正比，方向都与可动部分的运动方向相反。

（3）仪表静止时的位置由M=Mf决定，与MZ没有关系。

4．读数装置

由指示器和刻度盘组成。

指示器有刀形、矛形指示器、光标指示器。

刻度盘又称表盘，它是一个画有标度尺和仪表标志符号的平面。

5．支撑装置

常见的有：

轴尖支撑方式，有张丝弹片的支撑方式。

电工指示仪表的组成和主要装置。

2-1直流电流表与电压表

1．了解磁电系测量机构的结构。

2．理解磁电系测量机构的工作原理及特点。

3．了解磁电系电流表的组成及分流电阻的计算。

4．了解多量程电流表的分流电路及特点。

5．了解磁电系电压表的组成及分压电阻的计算。

6．了解多量程电压表的分压电路。

1．磁电系测量机构的特点。

2．电流表分流电阻的计算、电压表分压电阻的计算。

1．磁电系测量机构的工作原理。

2．多量程电流表的分流电阻的计算。

磁电系测量机构教学演示表、电流表、电压表、万用表等。

在第一章里学习了电工仪表组成、电工仪表的误差和准确度、技术要求、电工测量的基本方法、电工测量的的误差及消除等基本知识。

第二章主要学习电压与电流的测量仪表和方法等方面的知识。

一．磁电系测量机构的结构

1．结构如图2-1所示

主要由永久磁铁、圆柱形铁心、可动线圈、游丝、转轴、指针等组成。

2．由铝框和磁铁组成磁感应式阻尼器。

3．游丝有两个作用：

一是产生反作用力矩，二是把被测电流导入和导出可动线圈。

4．磁电系测量机构的磁路系统有外磁式、内磁式、内外磁式。

如图2-3所示。

二．磁电系测量机构的工作原理

1．转动力矩的产生

当被测电流流入可动线圈时，与永久磁铁相互作用产生电磁力，在转轴上形成电磁力矩M，使得可动线圈转动。

M=2NBIlr=NBSI

可见，磁电系测量机构的电磁力矩M的大小与被测电流I的大小成正比。

2．反作用力矩的产生

线圈转动时引起游丝变形，产生反作用力矩Mf。

并且有

Mf=D×

α

3.当M=Mf时，指针静止。

这样有

α=NBSI/D=（NBS/D）I

说明，磁电系测量机构的偏转角α的大小被测量的电流I成正比。

因此，可以用偏转角的大小来衡量被测电流的大小，并由指针在标长度尺上直接显示被测电流的数值。

三．磁电系测量机构的特点

1．准确度高，灵敏度高

2．功率消耗小。

3．刻度均匀，便于准确读数。

4．过载能力小。

5．只能测量直流。

若要测量交流电量，要配用整流器。

四．磁电系电流表

1．磁电系电流表的组成

（1）磁电系电流表由磁电系测量机构与分流电阻并联组成的。

（2）分流电阻的计算

RA=RC/（n-1）

其中，n=Ix//IC叫做仪表的电流扩大倍数。

上式说明，给一个测量机构并联一个阻值为表头内阻1/（n-1）倍的电阻，即可以使仪表的量程扩大n倍。

2．分流电阻

锰铜材料制成，30A以下为内附式，30A以上为外附式，外附式有四个接线端子，

外面的两个为电流端子，里面的两个为电位端子，这样可以消除接线电阻对测量的影响。

分流电阻的额定值额定电流和额定电压。

五．多量程电流表

1．开路式分流电路多量程电流表

优点各量程的电阻相互独立，互不影响。

缺点转换开关的接触电阻包含在分流电阻内，特别是转换开关接触不良时，被测电流全部流过表头，会导致表头烧坏。

2．闭路式分流电阻多量程电流表

优点转换开关的接触电阻处在测量机构的分流电阻之外，保证了准确度，同时当转换开关接触不良时，不会烧坏测量机构。

缺点各个量程之间相互影响，计算分流电阻比较复杂。

六．磁电系电压表

1．磁电系电压表的组成

由磁电系测量机构和串联的分压电阻组成。

要使电压量程扩大m倍，需要串联的分压电阻是测量机构内阻RC的（m-1）倍。

即m=U/Uc时，RV=（m-1）RC

例题分析例2-2（略写）

2．分压电阻

材料锰铜

分类600V以内为内附式，600V以上为外附式。

七．多量程电压表

常采用共用式分压电路，如图2-9所示。

优点高量程分压电阻共用了低量程的分压电阻，节约了材料。

缺点一旦低量程损坏，则高量程也无法使用。

电压表的灵敏度电压表的内阻与电压表的量程的比值。

单位Ω/V。

它有两个作用：

（1）表示电压表指针偏转至满刻度时取自被测电路的电流值；

（2）能方便地计算出该电压表各量程的内阻。

可见其意义是：

电压灵敏度越高，相同量程下电压表的内阻越大，取用被测电路的电流越小，对被测电路的影响越小，测量准确度也高。

磁电系单量程、多量程电流表及电压表。

磁电系测量机构的结构、原理和特点。

2-2交流电流表与电压表

1．了解检流计的结构和使用注意事项。

2．理解电磁系测量机构的结构及工作原理。

3．理解电磁系测量机构的特点。

4．掌握电磁系电流表和电压表的结构。

5．理解电磁系电流表和电压表的量程扩大方法。

1．检流计的使用注意事项

2．电磁系测量机构的工作原理

3．电磁系电流表和电压表的量程扩大方法。

检流计、电磁系测量机构示教表、电磁系电流表和电压表

本节学习磁电系检流计的结构和使用注意事项。

检流计的作用：

1．检测微小电流的有无；

2．检测微小电流的方向；

3．检测微小电流的大小。

一．检流的结构

检流计的特点是灵敏度高，为此在结构上与普通磁电系仪表有以下两点为同：

1．采用张丝或悬丝支撑代替轴尖支撑，以消除摩擦的影响。

如图2-10

2．用光标指示装置代替指针。

如图2-11所示

二．光电检流计

根据光电放大原理制成的一种检流计。

灵敏度比普通的检流计高一个级别。

1．IX=0时，HL的灯光经P1反射后照到GB1、GB2上光通量相等，这时P2上无电流，指针指零。

2．当IX不为零时，P1偏转，照射到GB1、GB2上的光通量不相等，P2上有电流，指针指示被测量的大小。

RP1为输入灵敏度调节电位器，同时有防止大电流损坏P1的作用。

RP21为反馈电阻，调节它即可以改变反馈深度，达到改变整个检流计的灵敏度的目的。

三．使用检流计的注意事项

1．搬动时轻拿轻放。

2．使用时要按正常工作位置放置。

3．搬动或使用完毕，应将止动器锁上。

或将接线端子短接。

4．禁止用万用表或电桥直接测量检流计的内阻，以防止过大的电流烧坏其线圈。

5．使用光电检流计时，在未知被测电流的大小时，RP1应调至最大，灵敏度调至最低，逐步向最高灵敏度过渡。

测量过程中，应缓慢调节RP1、RP2，以避免冲击电流损坏检流计。

6．检流计应放在干燥、无尘、无振动的场所使用或保存。

四．电磁系测量机构的结构

主要组成：

固定线圈和可动铁片两部分。

1．吸引型测量机构

由固定线圈、可动铁片、指针、阻尼片、游丝、永久磁铁、磁屏蔽等组成。

如图2-14所示。

2．排斥型测量机构

有两片软磁铁片，一片为固定，另一片为可动，其余部分与吸引型基本相同。

如图2-16所示。

五．电磁系测量机构的工作原理

1．吸引型的工作原理

通电线圈→产生磁场→铁片被磁化吸引→指针偏转→游丝变形产生反作用平衡

力矩。

电流越大，磁化越强，吸引力越大，指针的偏转角越大。

当电流方向改变时，磁场方向和铁片被磁化的极性方向同时改变，转动力矩的方向

仍为吸引方向，因此得名为吸引型。

由于电流的方向改变时，指针的偏转方向不变，

所以可以制成交、直流两用仪表。

2．排斥型工作原理

线圈通电→两片铁片同时被磁化并且极性相同→同性相互排斥→固定铁片不动，

可动铁片偏转→指针偏转→游丝变形产生平衡力矩。

电流越大，两片铁片的排斥力也越大，指针的偏转角也越大。

电流方向改变，两片铁片的极性同时改变，仍为相互排斥，由此得名。

也可制成交、

直流两用仪表。

3．指针的偏转角与线圈中的电流的关系

线圈中的电流越大→线圈产生的磁场越强→铁片被磁化的磁性也越强→吸引力或

排斥力也越大。

实验和理论都证明，转动力矩与线圈中的磁势的平方成正比。

即α=K（NI）2

指针的偏转角α大小与被测电流I的平方成正比。

六．电磁系仪表的特点

1．可以测交流，又可以测直流。

2．可以直接测量较大的电流，过载能力强，结构简单，成本低。

3．刻度标尺不均匀，起始段密而后疏。

4．易受外磁的影响。

常用的抗外磁措施有：

（1）磁屏蔽；

（2）采用无定位机构。

如图2-20所示。

七．电磁系电流表

1．电磁系电流表的结构：

实际上电磁系测量机构本身就是一个电磁系电流表。

只要改变线圈的匝数和线径，即可制成不同量程的电流表。

大量程：

导线粗，匝数少，工作时电流大。

小量程：

导线细，匝数多，工作时电流小。

2．安装式电流表

（1）常为单量程表，且电流的最大量程不超过200A；

（2）电流超过200A时常与电流互感器配合使用扩大量程。

3．便携式电流表

（1）常制成多量程表；

（2）量程扩大方法是把固定线圈分段绕制，通过各段线圈的串联、并联连接来实现量

程的改变。

如图2-21所示。

采用串联连